A study on the development of non-invasive fetal hypoxia diagnosis system

의공학과/박사[한글]본 논문은 비관혈적으로 태아 저산소증을 진단하는 새로운 시스템 개발에 관한 연구이다.임신기간 중 주기적으로 태아 진단을 수행하는 중요한 이유는 즉각적인 처치나 인공분만을 필요로 하는 임신기간 중 태아 저산소증(hypoxia) 발생을 예견하고 검출하는 것이다. 태아 저산소증을 예측할 수 있는 방법으로는 CTG(cardiotocography)를 통해 계산된 태아 심박률을 활용하는 방법과 태아 심전도의 특징점과 태아 도플러 신호의 특징점 간의 수축 시간 간격을 활용하는 방법이 있다. 전자의 경우, 비침습적으로 측정이 가능하나 질병있는 환자를 질병있는 환자로 구별해 낼 수 있는 민감도가 21-31%로 매우 낮아 필요 이상의 진료나 수술을 통한 분만 횟수를 증가시키는 단점이 있다. 그리고 후자는 진단 성능이 훨씬 뛰어나지만, 태아 심전도를 자궁 파열이 발생한 임신 말기에만 침습적인 방법을 통해서 측정할 수 있다는 단점이 있다.이에 CTG의 낮은 진단 성능을 극복함과 동시에 비침습적으로 임신 32주부터 출산 시까지 광범위하게 사용가능한 비관혈적 태아 저산소증 진단 시스템을 개발이 필요하다. 이를 위해 본 논문에서는 1) 복부 심전도 측정에 적합한 리드 시스템, 2) 독립요소해석 기반 복부심전도 잡음제거 및 태아 심전도 분리와 도플러 신호처리, 3) 복부 심전도 및 태아 심장의 도플러 신호 측정을 위한 하드웨어 설계, 4) 태아 심전도와 태아 도플러 신호의 특징점을 검출하여 진단에 필요한 파라미터 추출에 관한 연구를 수행하였다.복부 심전도 획득에 적합한 리드 시스템 연구에서는 태아 심전도에 의해 산모 복부에 생성되는 전계를 시뮬레이션을 통해 확인하고 그 결과에 근거하여 태아 머리 부분에 V- 전극, 태아 둔부 주위에 3-5cm 간격을 갖는 6개의 V+ 전극, 산모의 오른 다리에 기준 전극을 사용하여 6채널의 차동증폭 리드를 사용하는 리드시스템을 제안하였다. 복부심전도의 잡음제거 및 태아 심전도 분리 연구에서는 독립요소해석 기반의 신호처리 기법을 사용하였으며, 도플러 신호 처리에서는 웨이브렛 변환을 통해 단일 심박동 구간을 검출하고, 다양한 크기의 윈도우를 갖는 이동 평균 필터를 통해 특징점 구간을 제공하였다. 하드웨어 설계 연구에서는 6채널 복부 심전도 획득 모듈과 도플러 신호 획득 모듈을 제작하고, 획득된 아날로그 신호를 Biopac 사의 MP150을 통해 A/D 변환한 후 LabView를 통해 신호처리 및 분석과정을 수행하는 시스템을 개발하였다. 제작된 시스템은 33명의 피험자가 참여한 임상실험을 통해 평가하였으며, 수축 시간 간격의 파라미터가 기존 연구자의 침습적인 실험에 의한 파라미터 분포와 유사한 것을 확인할 수 있었다. 이를 통해 개발된 비관혈적 태아 저산소증 진단 시스템의 유용성을 확인할 수 있었다. [영문]Diagnostics of unborn baby is mainly aimed at prediction and detection of occurrence of intrauterine hypoxia. Consequences resulting from fetal hypoxia appear in its heart activity. In today perinatal medicine, there is commonly used the non-invasive cardiotocographic examination that makes possible the simultaneous observation of fetal heart rate. However, even with the 96-98% high specificity, the cardiotocographic monitor has the 21-31% sensitivity. There is also a method that uses systolic time interval which can be calculated with an invasively measured fetal ECG and a Doppler shift of ultrasound beam reflected from moving valves of fetal heart. Even though it can provides high diagnostic sensitivity, it can not apply until the occurrence of uterine rupture.So, in this study, we have developed a new non-invasive system for fetal hypoxia diagnosis which provides STI parameters on the basis of analysis of electrical and mechanical heart activity together. For this we heave studied on 1) the proper lead system for the acquisition of abdominal ECG, 2) the independent component analysis based signal processing and fetal ECG separation, 3) the development of a hardware which consists of an abdominal ECG amplifying module and an ultrasound module and 4) the detection of characteristic points of FECG and Doppler signal and the extraction of diagnostic parameters.Consequently, we suggested an effective lead system which for the acquisition of abdominal ECG by considering the fetal position. And, we found that the fetal ECG was able to be separated successfully and the moving average technique was suitable for the Doppler signal. The developed system was evaluated by the clinical experiment in which 33 subjects were participated. The acquired STI by the system were distributed within the ranges from the well-established invasive results of other researchers. From this, we can conclude that the developed non-invasive fetal hypoxia diagnosis system is useful.prohibitio